Xử lý ảnh số Các phương pháp cải thiện chất lượng ảnh

Chương trình dành cho kỹ sư CNTT Nguyễn Linh Giang

Các phương pháp cải thiện chất lượng ảnh

• Tổng quan các phương pháp cải thiện chất

lượng ảnh;

• Các phương pháp trên điểm; • Biến đổi Histogram; • Các phép toán trên miền không gian; • Lọc ảnh; • Giả màu.

Lọc ảnh

• Khái niệm nhiễu; • Các phép lọc trên miền không gian; • Các phép lọc trên miền tần số.

Các phép lọc trên miền tần số

• Cơ sở các phép lọc cải thiện ảnh trên miền tần số • Lọc thông thấp

• Lọc thông cao

– Lọc thông thấp lý tưởng; – Lọc lũy thừa; – Lọc Butterworth;

– Lọc thông cao từ lọc thông thấp; – Lọc thông cao lý tưởng; – Lọc thông cao lũy thừa; – Lọc thông cao Butterworth

Cơ sở lọc trên miền tần số

Những bước cơ bản: 1. Tiền xử lý; 2. Tính biến đổi Fourier DFT của s( m, n ) là S(u,v); 3. Áp dụng hàm lọc: G(u,v) = S(u,v)H(u,v) 4. Biến đổi Fourier ngược g1(m,n) = F-1{G(u,v)} 5. Hậu xử lý.

Cơ sở lọc trên miền tần số

• Các bộ lọc thông thấp làm trơn ảnh và lọc nhiễu; • Các bộ lọc thông cao làm nét ảnh và tách đường

biên;

• Xây dựng bộ lọc thông cao từ bộ lọc thông thấp.

Lọc thông thấp

điểm cắt nên xuất hiện hiệu ứng Gibbs: gây nên hiện tượng run ảnh;

• Bộ lọc thông thấp lý tưởng: – Tần số cắt Do xác định % năng lượng được lọc bỏ; – Do không có tính trơn tại

Lọc thông thấp

Lọc thông thấp

• Chú ý hiện tượng Gibbs khi cắt các thành phần tần số cao

và đột biến tần

– Ví dụ lọc ảnh bằng bộ lọc thông thấp lý tưởng

Lọc thông thấp

– Lọcthông thấp; loại bỏ các thành phần tần số cao hơn D0Tần

số cắt D0 : xác định các mức năng lượng được loại bỏ;

– Bậc của bộ lọc n: xác định độ nét của bộ lọc. n càng lớn, hiệu

ứng loại bỏ các tần số cao càng lớn

),( vuH

=

2

/)

1

+

] n

1 [ oDvuD ,(

• Lọc thông thấp Butterworth:

Lọc thông thấp

Lọc thông thấp

– Ảnh hưởng của các tham số n và D0

D0=0.1

ảnh gốc

n = 1

n = 3

n = 5

Lọc thông thấp

n = 3

ảnh gốc

D0 = 0.2

D0 = 0.1

D0 = 0.05

Lọc thông thấp

• Lọc thông thấp; • Do làm suy giảm các thành phần tần cao nên làm mờ ảnh,

đồng thời loại bỏ nhiễu;

• Do vẫn lưu giữ các thành phần tần cao ( tuy có làm suy giảm về biên độ ) nên ảnh vẫn sắc nét hơn so với lọc thông thấp lý tưởng với cùng tần số cắt D0;

• Do hàm có tính trơn tại mọi điểm ( kể cả tại điểm cắt ) nên

làm suy giảm đáng kể hiệu ứng Gibbs;

• Dễ dàng điều khiển hiệu ứng của bộ lọc theo các tham số D0

và tham số bậc n.

– Đặc điểm của bộ lọc Butterworth:

Lọc thông cao

tưởng

DvuDif ),( o

vuH ),(

=

≤ otherwise .

0 ⎧ ⎨ 1 ⎩ – Bộ lọc thông cao

Butterworth

),( vuH

=

2

/

1

+

1 [ vuDD ),(

] n

0

2

– Bộ lọc thông cao Gauss )

(

vuH

1),(

exp

−=

−

vuD ),( 2 D 2 0

⎧ ⎨ ⎩

⎫ ⎬ ⎭

• Các bộ lọc thông cao: – Bộ lọc thông cao lý

Lọc thông cao

Lọc thông cao

– Do = 15, 30, 80

• Ideal HPF

– n = 2, – Do = 15, 30, 80

• Butterworth HPF

– Do = 15, 30, 80

• Gaussian HPF

Lọc thông cao Laplace

• Biểu diễn 3D của toán tử Laplace; • Ảnh 2D của toán tử

Laplace;

• Đáp ứng miền không gian với vùng trung tâm được khuếch đại;

• Mặt nạ đáp ứng xấp

xỉ

Lọc thông cao Laplace

Lọc đồng hình

– γL và γH được chọn thỏa mãn γL < 1 và γH >1; – Hàm lọc có xu hướng làm suy giảm các thành phần tần thấp và

tăng cường các thành phần tần cao;

– Kết quả cuối cùng là vừa thực hiện nén giải động và làm tăng

cường độ tương phản.

Lọc đồng hình

– Ví dụ với γL = 0.5 < 1 và γH = 2 >1; – Phép lọc tương ứng với việc làm nén giải động trong độ sáng và

tăng cường độ tương phản;

– Kết quả: làm tăng cường chi tiết trong phần tối và cân bằng độ

tương phản bên ngoài phần sáng

Giả màu

• Đặc điểm của hệ thống thị giác:

– Hệ thống thị giác của người chỉ có thể phân biệt

được 30 sắc thái màu xám;

• Phương pháp giả màu:

– Có thể phân biệt hàng trăm sắc màu.

• Phân lớp cường độ sáng: gán mầu cho tất cả các mức xám dưới một giá trị xác định và gán màu khác cho những giá trị vượt quá một giá trị xác định.

– Giả màu là kỹ thuật gán màu cho các mức xám. – Các phương pháp gán giả màu:

Giả màu

• Phần lớn các phương pháp thực hiện chuyển đổi mức xám sang màu sắc: thực hiện 3 phép chuyển đổi đối với một mức xám xác định;

• Ảnh kết quả có thuộc tính màu phụ thuộc vào các mức xám đối với phép chuyển đổi màu

– Các thủ tục gán màu và các lựa chọn

– Thủ tục gán màu tự động: bảng màu hiện thời được thay thế bằng bảng màu được xác định trước;

– Thao tác ánh xạ bảng màu:các giá trị trong bảng màu được thay đổi theo một thuật toán xácđị nh.

bảng màu: • Hai phương pháp chính để tô giả màu:

Giả màu

– Ánh xạ vị trí: các giá trị của ánh xạ tại những vị trí bất kỳ trong bảng được tạo ra là hàm của vị trí ( index). Ở đây không có sự phụ thuộc vào tính chất của giá trị điểm ảnh mà chỉ phụ thuộc vào bố trí vật lý

– Ánh xạ phụ thuộc dữ liệu: các giá trị của ánh xạ được tạo ra là

các hàm của giá trị điểm.

Ảnh đơn sắc

Ảnh đơn sắc với thang mức xám

• Các thủ tục gán màu tự động

Giả màu • Ví dụ: gán giả màu dùng các bảng màu khác nhau

Ảnh đơn sắc

Ảnh đơn sắc với thang mức xám

Bảng màu cầu vồng

Bảng màu SApseudo